Stahl ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff besteht. Weitere Elemente können der Legierung beigemischt werden, um zusätzliche Eigenschaften zu erhalten, zum Beispiel Chrom und Nickel zur Herstellung von Edelstahl. Durch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts wird die Zugfestigkeit von Stahl erhöht, gleichzeitig wird das Material dadurch aber spröder, was bei Baustahl nicht erwünscht ist.

Vorteile

Stahl hat ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Dadurch bleibt das Eigengewicht eines Stahlgerüsts relativ klein. Diese Eigenschaft macht Stahl zu einem sehr attraktiven Baustoff für Hochhäuser, lange Spannbrücken, Strukturen auf dem Boden mit geringer Bodenbelastung oder in Gebieten mit hoher seismischer Aktivität.

+ Duktilität

Stahl kann sich vor dem Versagen plastisch stark verformen, was zu einer grossen Reservestärke führt.

+ Vorhersagbare Materialeigenschaften

Die Eigenschaften von Stahl können mit hoher Sicherheit vorhergesagt werden. Stahl zeigt ein elastisches Verhalten bis zu einem relativ hohen und normalerweise genau definierten Spannungsniveau. Im Gegensatz zu Stahlbeton ändern sich die Eigenschaften von Stahl mit der Zeit nur geringfügig.

+ Rasche Aufrichte

Stahlbauteile lassen sich einfach in die Struktur einbauen, und dies erst noch in sehr kurzer Zeit. Dies führt zu einer schnelleren wirtschaftlichen Amortisation der Arbeitskosten.

+ Einfache Reparatur

Stahlkonstruktionen lassen sich im Allgemeinen schnell und einfach reparieren.

+ Anpassung der Vorfertigung

Stahl eignet sich hervorragend für die Vorfertigung und Massenproduktion.

+ Wiederholte Verwendung

Stahl kann nach dem Zerlegen einer Struktur wiederverwendet werden.

+ Erweiterung von bestehenden Strukturen

Stahlgebäude können durch Hinzufügen neuer Buchten oder Flügel einfach erweitert werden. Stahlbrücken können verbreitert werden.

+ Dauerfestigkeit

Stahlkonstruktionen weisen eine relativ gute Dauerfestigkeit auf.

Nachteile

- Allgemeine Kosten

Stahl ist sehr energieintensiv und natürlich teuer in der Herstellung. Der Bau von Stahlkonstruktionen kann teurer sein als der anderer Konstruktionen.

- Brandschutz

Die Festigkeit von Stahl wird erheblich verringert, wenn er auf Temperaturen erhitzt wird, die üblicherweise bei Gebäudebränden beobachtet werden. Stahl leitet und überträgt Wärme von einem brennenden Teil des Gebäudes ziemlich schnell. Folglich müssen Stahlrahmen in Gebäuden ausreichend feuerfest sein.

- Instandhaltung

Stahl, der der Umwelt ausgesetzt ist, kann beschädigt werden, ja, seine Struktur kann sogar durch Korrosion angegriffen werden. Stahlkonstruktionen, die Luft und Wasser ausgesetzt sind, wie beispielsweise Brücken und Türme, werden deshalb regelmässig bemalt. Die Anwendung von witterungs- und korrosionsbeständigen Stählen kann dieses Problem beseitigen.

- Anfälligkeit für Knicken

Aufgrund des hohen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht sind Elemente aus Stahl generell schlanker und folglich anfälliger für das Knicken als zum Beispiel Elemente aus Stahlbeton. Das hat zur Folge, dass zusätzliche Überlegungen in die Konstruktion eingebracht werden müssen, um die Knickfestigkeit von schlanken Stahlelementen zu verbessern.

Beton ist eine Mischung aus Wasser, Zement und Zuschlagstoffen. Das Verhältnis der drei Hauptkomponenten ist wichtig, um eine Betonmischung mit der gewünschten Druckfestigkeit zu erzeugen. Bei der Bewehrung werden Stahlstangen in den Beton eingebracht. Die beiden Materialien arbeiten zusammen, indem der Beton die Druckfestigkeit liefert und der Stahl die Zugfestigkeit.

Vorteile

+ Druckfestigkeit

Stahlbeton hat im Vergleich zu anderen Baustoffen eine hohe Druckfestigkeit.

+ Reissfestigkeit

Aufgrund der eingegossenen Stahlverstärkungen hält Stahlbeton auch einer hohen Zugspannung stand.

+ Feuerbeständigkeit

Beton schützt die eingegossenen Armierungseisen über längere Zeit vor Feuer und verlängert im Falle eines Brandes die Zeit, in der dieser gelöscht werden kann, ohne dass der Stahl vorher versagt.

+ Regionale und lokale Verfügbarkeit

Die meisten Materialien, die zur Herstellung von Beton benötigt werden, können problemlos vor Ort bezogen werden. Das macht Beton zu einer beliebten und kostengünstigen Wahl.

+ Haltbarkeit

Das Stahlbetonbausystem ist langlebiger als jedes andere Gebäudesystem.

+ Formbarkeit

Verstärkter Beton kann, da er am Anfang flüssig ist, in nahezu unbegrenzt viele Formen gebracht werden.

+ Kostengünstiges Baumaterial mit geringem Wartungsaufwand

Stahlbeton ist robust und besteht aus Materialien, die keine umfangreiche Wartung erfordern. Solange der Beton die Bewehrung vollständig umschliesst, ist diese gegen äussere Einflüsse gut geschützt. Dies hält die Wartungskosten für Stahlbetonkonstruktionen sehr tief. Für gewisse Strukturen wie Fundamente, Dämme und Pfeiler ist Stahlbeton ausserdem das kostengünstigste Baumaterial.

+ Steifigkeit

Stahlbeton hat eine minimale Durchbiegung. Das ist gut für die Gebrauchstauglichkeit von Gebäuden.

+ Einfache Verarbeitung

Im Vergleich zur Verwendung von Stahlstrukturen können beim Bau von Stahlbetonkonstruktionen weniger qualifizierte Arbeitskräfte eingesetzt werden.

Nachteile

- Lagerungszeit

Beton kann nach dem Mischen nicht mehr gelagert werden, da der Zement mit Wasser reagiert und die Mischung aushärtet. Die Hauptzutaten müssen separat gelagert werden.

- Aushärtezeit

Beton hat eine Aushärtezeit von 30 Tagen. Das wirkt sich stark auf den Bauplan des Gebäudes aus. Für die Errichtung von Betonbauten muss mehr Zeit eingerechnet werden als bei Bauten aus Stahl. Durch die Verwendung von Betonfertigteilen kann die Bauzeit allerdings erheblich verkürzt werden.

- Grösserer Querschnitt

Bei einem mehrstöckigen Gebäude sind die Stahlbetonsäulen dicker als Stahlprofile, da die Druckfestigkeit des Stahlbetons geringer ist als diejenige von Stahl.

- Schwindung

Das Schrumpfen von Stahlbeton beim Trocknen führt zu Rissbildung und Festigkeitsverlust.

Holz ist ein natürlicher, erneuerbarer Baustoff, der Feuchtigkeit bindet und aufgrund seines natürlichen Wuchses unterschiedliche Eigenschaften in der Längs- und Querrichtung aufweist. Holz hat so viele gute Eigenschaften, dass es theoretisch möglich ist, ein ganzes Haus allein mit Holzprodukten zu bauen. Mit anderen Materialien ist das so gut wie unmöglich. Holz wird deshalb schon sehr lange für den Hausbau verwendet, während der Stahlbau und der Stahlbetonbau erst im Laufe der industriellen Revolution «entdeckt» bzw. erfunden wurden und sich im Verlauf des 20. Jahrhunderts auf Kosten insbesondere des Holz- und Backsteinbaus durchsetzten.

Vorteile

+ Reissfestigkeit

Als relativ leichtes Baumaterial übertrifft Holz sogar Stahl, wenn es um die Bruchlänge geht (oder die sogenannte Selbsttragungslänge). Vereinfacht gesagt, kann Holz sein eigenes Gewicht besser tragen als Stahl. Dies ermöglicht Gebäudeentwürfe mit grösseren Räumen und weniger Stützen.

+ Elektrische Beständigkeit und Wärmebeständigkeit

Holz hat einen natürlichen Widerstand gegen elektrische Leitung, wenn es auf den normalen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet wird (bei den meisten Holzsorten beträgt dieser zwischen 7 und 12 Prozent). Seine Festigkeit und die äusseren Abmessungen werden auch durch Hitze nicht wesentlich beeinflusst, das heisst, dass die Stabilität eines fertigen Gebäudes und sogar die Sicherheit in bestimmten Brandsituationen gewährleistet bleiben.

+ Schallabsorption

Seine akustischen Eigenschaften machen Holz ideal zur Minimierung des Echos in Wohn- oder Büroräumen. Holz absorbiert Schall, anstatt diesen zu reflektieren oder zu verstärken, und kann dazu beitragen, den Geräuschpegel erheblich zu reduzieren.

+ Lokale Verfügbarkeit

Holz ist ein Baustoff, der durch natürliche Prozesse sowie durch Wiederbepflanzungs- und Forstwirtschaftsprogramme angebaut werden und nachwachsen kann. Durch eine ausgewählte Ernte und andere Methoden kann das Wachstum fortgesetzt werden, während grössere Bäume geerntet werden.

+ Umweltfreundlichkeit

Eine der grössten Herausforderungen vieler Baustoffe, insbesondere von Beton, Metall und Kunststoffen, ist ihre lange Halbwertzeit. Die Zersetzung dauert unglaublich lange, wenn diese Materialien natürlichen Klimabedingungen ausgesetzt sind. Holz hingegen wird viel schneller abgebaut und füllt dabei erst noch den Boden auf.

Nachteile

- Schwinden und Quellen

Einer der Hauptnachteile von Holz ist dessen Schrumpfen und Quellen. Holz ist ein hygroskopisches Material, das bedeutet, dass es kondensierbare Dämpfe aus der Umgebung absorbiert und unterhalb des Fasersättigungspunkts Feuchtigkeit an die Luft abgibt. Ein weiterer Nachteil ist die Verschlechterung. Die Einflüsse, welche die Verschlechterung und Zerstörung von Holz verursachen, fallen in zwei Kategorien: biotische (biologische) und abiotische (nicht biologische). Biotika umfassen Fäulnis- und Schimmelpilze, Bakterien und Insekten. Mit Abiotika ist die negative Einwirkung durch Sonne, Wind, Wasser, bestimmte Chemikalien und Feuer gemeint.